Clase 7. materias primas, metalurgia

Procesos Industriales Orgánicos I Sección A

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7.- MATERIAS PRIMAS, METALURGIA 7.1 Flotacion Después de la trituración y molienda, se añaden uno o más agentes de flotación a la suspensión. La suspensión se agita para mantener los sólidos en suspensión y se bombea aire en el tanque. El reactivo de flotación se une a los minerales de sulfuro que flotan a la superficie en forma de burbujas, que luego son desnatada de la superficie del tanque, dejando a los minerales de la ganga no deseados. Para minerales que contienen sulfuros diferentes, más de una etapa de flotación se puede utilizar para producir concentrados de diferentes minerales. Para ser susceptibles para la fundición, los minerales de cobre deben ser los sulfuros, tales como calcosina (Cu2S), calcopirita (CuFeS2) y covelita (CuS). Debido a los requisitos de alta energía sólo menas de alto grado en forma de concentrados pueden ser fundidos económicamente.

7.2 Roasting

A veces asar precede fundición. El tostado del concentrado a temperaturas entre 500 º C y 700 º C en aire convierte parte de la CuFeS2 en sulfuro de cobre, y elimina algunos de azufre como el dióxido de azufre. La temperatura de tostación es demasiado baja para fundir realmente el concentrado. El producto del tostador se llama calcina, que es una mezcla sólida de óxidos, sulfuros y sulfatos. La reacción de tueste puede ser expresada típicamente como

2MS + 3O2 → 2MO + 2SO2 donde M representa un metal. Una de estas reacciones cuando calcopirita (CuFeS2) se tuesta es:

2CuFeS2 + 3O2 → 2FeO + 2CuS + 2SO2

7.3 Fundición con fundentes productoras Mate La calcina se calienta a más de 1.200ºC con fundentes tales como sílice y caliza. En todas las operaciones de fundición del tipo de flujo depende de la mena:

- flujo de piedra caliza para el hierro; flujo de mineral de hierro silícea; y el flujo de silíceo para sulfuro de concentrados.

- La calcina se funde y reacciona con la sílice y caliza. Algunas impurezas se combinan con el flujo para formar una escoria que flota en la superficie del metal fundido (como el aceite en el agua) y se elimina fácilmente. La reacción es:

2CuFeS2 + heat + O2 → Copper-iron matte + SO2

CaCO3 + Al2O3 + SiO2 + iron → slag

7.4 Conversión de mate de Cobre Blister

El mate líquido se oxida con aire en un convertidor para formar cobre blister. Las reacciones son de dos tipos. La primera es la eliminación de sulfuro de hierro por oxidación al óxido de hierro que forma una escoria:

2FeS + 5O2 → 2Fe2O3 + 2SO2


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En segundo lugar es la formación de cobre blister por la reducción del sulfuro de cobre:

CuS + O2 → Cu + SO2

El nombre de cobre "blister" viene del hecho de que este proceso final produce burbujas de dióxido de azufre sobre la superficie del cobre. 7.5 Electro-refinación

Mientras que el cobre blister es más de 99% de cobre puro, no es suficientemente puro para el mercado de metales internacional. Con electrorefinación (o electrolítico de refinación) es posible producir 99,99% de cobre puro. En la industria, la electrólisis se lleva a cabo en una escala masiva en las casas de los tanques. Ánodos de cobre blister se sumergen en un electrolito que contiene sulfato de cobre y ácido sulfúrico. Cátodos de cobre puro se disponen entre los ánodos de cobre blister y una corriente de más se aplica 200A. Poco a poco, el ánodo erosiona mientras que el cátodo crece. Iones de cobre puro migran de los ánodos de cobre blister a las hojas de arranque o "espacios en blanco madre 'donde se depositan y acumulan durante varios días para formar entre 100 y 150 kg de cátodos de cobre

. En el ánodo de cobre blister:Cu(s) → Cu2 + (aq) + 2e_

. En el cátodo de cobre:Cu2 + (aq) + 2e_ → Cu(s) PROCESO DE FLOTACIÓN

Fundamentos

El Θ es el "ángulo de contacto", el ángulo formado en la unión entre el vapor, sólido, y las fases líquidas. Si el ángulo de contacto es muy pequeña, entonces la burbuja no se adhieren a la superficie, mientras que un gran ángulo de contacto en resultados muy fuerte apego burbuja. Un ángulo de contacto cerca de 90 ° es suficiente para la flotación de espuma eficaz en la mayoría de los casos.

Una vez que las partículas son hidrófobas, que deben ser llevados en contacto con burbujas de gas para que las burbujas se puede unir a la superficie. Si las burbujas y las superficies nunca entran en contacto, entonces no se puede producir la flotación. El contacto entre las partículas y las burbujas se puede lograr en una celda de flotación


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PROCESO HIDROMETALURGIA

Fundamentos

Es que Gibbs energía libre para la reacción a una gama más amplia de condiciones es

Si las condiciones de la reacción mostrada como ecuación (2.7.2) actividades involucradas de 0,00001 tanto para los iones de hidrógeno y los iones cúprico (Cu2þ), el cambio de energía de Gibbs libre resultante para la reacción serían:


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PROCESO ELECTROQUÍMICO

Fundamentos

The electrochemical potential is determined using the Nernst equation:


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a) La reacción agua (2.7.19) tiene el mayor potencial de (2.7.18) y (2.7.19). b) Por lo tanto, la energía natural libre forzará la reacción de agua para proceder como una reacción de reducción. Por el contrario, la reacción de oro (2.7.18) procede como una reacción de oxidación. En otras palabras, la tendencia natural de estas reacciones es la lixiviación de oro, en lugar de la recuperación de oro. c) Sin embargo, si un potencial externo mayor que la diferencia entre las reacciones se aplica correctamente (potencial negativo en el electrodo de oro de reacción), las reacciones se pue den invertir. d) Por lo tanto, el oro se puede recuperar como un metal a partir de su forma disuelta en un bien diseñado celda electroquímica en un proceso llamado electrolítica.

Figure 2.7.8 Schematic plant view of an electrowinning tankhouse.


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Gold Case


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Cooper Case

Figure 2.7.4 Block diagram of typical copper processing flow sheets.

Simplificado diagrama de flujo hidrometalúrgico, que muestra el equilibrio ácido entre la l ixiviación, extracción por solventes y electroobtención (Sole, 2008). La reacción de lixiviación se muestra para la malaquita, pero las reacciones similares se puede escribir para otros minerales. RH es el extractante orgánico usado en SX.


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FIGURE 15.2 Copper heap leach/solvent extraction/electrowinning flowsheet.


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Zinc Case

Figure 2.7.9 Block flow diagram of conventional zinc chemical and electrolytic process.

Figure 2.7.10 Schematic diagram of zinc leaching process. Solid lines represent solids or slurry streams. Dashed lines represent aqueous streams.


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PROCESO PIROMETALURGIA

Fundamentals

Schematic of the rheological behavior of ceramic suspensions.


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Ceramic Processing

Basic scheme of tape cast slip formulation.

Presentación esquemática de las posibles técnicas de recubrimiento de rodillo industrial y tecnologías comparables; (a) revestir rodillo típica / clásica; (b) matriz de ranura recubrimiento (extrusión); (c) el revestimiento con rodillo inverso; (d) recubrimiento de cortina; (e) recubrimiento por grabado.

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Cement Processing

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Lecho Fluidizado

I. DRYING

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II. TOSTADO

En tostado oxidativo, los sulfuros de los metales se convierten en sus óxidos, eliminando así todo el azufre en forma de gas SO2 La reacción más general para la sulfatación de muchos metales divalentes tales como cobre, níquel, cobalto, zinc, etc se puede representar una

MeS + 2O2 → MeSO4 (2.24)

2MeO + S2O2 + O2 → 2MeSO4 (2.25)

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III. CALCINACION

La calcinación es una reacción de descomposición mediante el cual se elimina el agua químicamente combinada de la hidratación y dióxido de carbono. Se trata de una reacción endotérmica.

Diagrama esquemático típico de un horno de calcinación de lecho f luidizado circulante que incorpora los residuos de calor y el sistema de recuperación de calor calcina calie

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IV. REDUCCIÓN DIRECTA

La reducción directa ha ganado importancia en los últimos años en la producción de polvos de metal que se puede utilizar en una escala moderada de operación para preparar la alimentación directamente en aplicaciones metalúrgicas en polvo. La reducción directa de mineral de hierro en las industrias ferrosas se considera una alternativa al alto horno, cuando el hierro esponja es producido por las plantas de acero de mini. Para la reducción de óxido de hierro por CO (o H2): Hematite–magnetite 3Fe2O3 + CO (or H2) → 2Fe3O4 + CO2 (or H2O) (2.30) Magnetite–wustite Fe3O4 + CO (or H2) → 3FeO + CO2 (or H2O) (2.31) Wustite–iron FeO + CO (or H2) → Fe + CO2

(or H2O) (2.32)

Los lechos fluidizados en la reducción directa de minerales de hierro: (a) el proceso H-hierro, (b) proceso de reducción de mineral de hierro fluidizado, y (c) el proceso de Nu-hierro.

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Figure 2.7.7 Schematic diagram of a conventional mixer settler.

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Las dimensiones y la distribución del tamaño de partícula para tostadores de lecho fluido: (a) las dimensiones típicas y los parámetros de funcionamiento de los tostadores de lecho fluido zinc comerciales. (b) la distribución del tamaño de partícula en un 6.4-in. asador. * = CEZ, Lurgi; + = KCM, Lurgi; L = Trepca (Dorr- Oliver); o = Ruhr, Lurgi; @ = Norske, Lurgi.

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